多結(jié)構(gòu)切換分塊式預(yù)制電纜井設(shè)計(jì)淺析

王子宜，倪文杰，虞 悅，張 翔

(江蘇省電力有限公司揚(yáng)州供電公司，江蘇 揚(yáng)州 225002)

0 引言

隨著揚(yáng)州城市化進(jìn)程加快，配電網(wǎng)呈現(xiàn)愈加復(fù)雜的多源性特征，因電力線路規(guī)劃改變?cè)斐尚略鲋Ь€而產(chǎn)生的電纜井結(jié)構(gòu)改造逐年增多。傳統(tǒng)電纜井結(jié)構(gòu)改造工藝需在電纜井支線新增側(cè)破壞原有井部分結(jié)構(gòu)并現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋、澆筑混凝土，存在施工周期長(zhǎng)、安全風(fēng)險(xiǎn)大、現(xiàn)場(chǎng)施工噪音、環(huán)境污染等問(wèn)題。

雖然傳統(tǒng)現(xiàn)澆式電纜井目前仍是運(yùn)用較廣泛的結(jié)構(gòu)形式，但是近年來(lái)，上級(jí)單位對(duì)電纜井結(jié)構(gòu)改造提出了縮短施工時(shí)長(zhǎng)、保障施工工藝質(zhì)量、采用創(chuàng)新式施工工藝等新要求。在當(dāng)前產(chǎn)業(yè)升級(jí)改造的大浪潮下，預(yù)制工藝也在市政行業(yè)大力推行，并在國(guó)內(nèi)多個(gè)大型市政工程中得到了運(yùn)用。

以《國(guó)家電網(wǎng)公司配電網(wǎng)工程典型設(shè)計(jì)》為基礎(chǔ)，結(jié)合揚(yáng)州地區(qū)土建試點(diǎn)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，主要對(duì)配電網(wǎng)中逐年增多的電纜井改造進(jìn)行設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐。以電纜井結(jié)構(gòu)改造中常見(jiàn)的直線井改三通井、三通井改四通井為例，向傳統(tǒng)的電纜井改造工藝發(fā)起挑戰(zhàn)，提出了預(yù)制裝配式電纜井改造施工方法的創(chuàng)新思路。

1 傳統(tǒng)電纜井施工工藝

目前，電纜管道現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)大多采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆式工藝，存在施工工序繁多、交叉作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)大、施工質(zhì)量受工人操作水平影響較大、施工周期較長(zhǎng)等問(wèn)題。

傳統(tǒng)的電纜井改造工藝施工周期為7～9天，施工過(guò)程復(fù)雜，包括開(kāi)挖、支模、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)、回填等(如圖1所示)，因此，在人身安全、設(shè)備安全和電網(wǎng)安全等方面存在較多安全隱患(見(jiàn)表1)，可能造成諸多不良后果。

圖1 傳統(tǒng)電纜井改造施工工序及周期

表1 傳統(tǒng)電纜井改造施工存在的安全隱患

2 預(yù)制裝配式電纜井工藝

2021年，江蘇省10 (20) kV配電網(wǎng)工程開(kāi)始推廣運(yùn)用預(yù)制裝配式電纜井。目前，江蘇省采用整體式和分片式預(yù)制電纜井為主。

(1) 整體式預(yù)制電纜井。具有整體性好、安裝工序簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但存在單節(jié)尺寸大、重量大、不易運(yùn)輸?shù)跹b、不易發(fā)生結(jié)構(gòu)變更等問(wèn)題。

(2) 分片式預(yù)制電纜井。相當(dāng)于將整體式預(yù)制拼接構(gòu)件進(jìn)行二次拆分，減小了預(yù)制板塊尺寸和自重，但接縫和焊接點(diǎn)多且防水更難保障。

從實(shí)踐可知，整體式和分片式預(yù)制電纜井在進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造時(shí)，和現(xiàn)澆式工藝一樣，仍需要破壞原有井部分結(jié)構(gòu)，重新綁扎鋼筋、澆筑水泥，施工周期未見(jiàn)改觀。

3 分塊式預(yù)制電纜井

分塊式預(yù)制電纜井的設(shè)計(jì)思路是在現(xiàn)有預(yù)制工藝基礎(chǔ)上實(shí)施進(jìn)一步改進(jìn)，以拼裝模數(shù)化、單體輕量化、組合多樣化、施工便捷化為目標(biāo)，充分發(fā)揮后方的人員和機(jī)械優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)不受外部氣候環(huán)境影響，在工廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)制并實(shí)施充的養(yǎng)護(hù)后，運(yùn)至施工地點(diǎn)進(jìn)行吊裝，結(jié)合相應(yīng)的基礎(chǔ)改造和連接處理，最大限度地滿足工期要求，達(dá)到強(qiáng)度可靠、施工便利的效果。

3.1 設(shè)計(jì)荷載要求

分塊式預(yù)制電纜井工藝需要考慮3種荷載類(lèi)型，即永久荷載、可變荷載、偶然荷載。

(1) 永久荷載。又稱恒荷載，其值在構(gòu)件使用期間不隨時(shí)間變化或其變化值可忽略不計(jì)的荷載，如結(jié)構(gòu)自重、土重、土側(cè)壓力等。

(2) 可變荷載。又稱活荷載，其值隨時(shí)間變化且其變化值與平均值相比不可忽略的荷載，如地面活荷載、地面堆積活荷載、車(chē)輛荷載、水壓力、水浮力等。

(3) 偶然荷載。是一種在構(gòu)件使用期間不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間較短的荷載，如爆炸力、沖擊力等。

3.2 荷載選定

(1) 一般地面活動(dòng)荷載、堆積荷載取4.0～10 kN/m2。

(2) 電纜井結(jié)構(gòu)件處于一般道路、人行道等小型車(chē)通行區(qū)域時(shí)，應(yīng)考慮35 kN/m2標(biāo)準(zhǔn)軸載進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；處于城市車(chē)行道時(shí)，應(yīng)考慮100 kN/m2標(biāo)準(zhǔn)軸載進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

(3) 一般地面活荷載和車(chē)輛荷載不考慮同時(shí)作用，按地震烈度7度設(shè)防，在計(jì)算地震作用時(shí)，應(yīng)計(jì)算結(jié)構(gòu)等效重力荷載產(chǎn)生的水平地震作用和動(dòng)土壓力作用。

(4) 其他荷載情況，需結(jié)合實(shí)際自行校驗(yàn)。

3.3 設(shè)計(jì)模塊分類(lèi)

按照《揚(yáng)州配網(wǎng)線路工程通用設(shè)計(jì)》中的要求，直線井A內(nèi)徑為1.6 m×1.9 m×6 m，采用C40級(jí)混凝土澆筑，井壁厚度均按250 mm考慮。

井壁兩側(cè)與管道相連的部位開(kāi)孔為對(duì)稱布置，長(zhǎng)寬設(shè)置為1 300 mm×1 700 mm。 爬梯、支架、接地極、防墜網(wǎng)、人孔蓋板等均為表述方便，現(xiàn)澆與預(yù)制施工過(guò)程中暫不考慮，由后期完成。

3.4 安全設(shè)計(jì)

根據(jù)電纜敷設(shè)工藝要求，采用人員下井工作模式時(shí)，電纜井深度不應(yīng)小于1.9 m，其井蓋尺寸應(yīng)滿足人員上下井；當(dāng)采用人員不下井工作模式時(shí)，電纜井深度可適當(dāng)調(diào)整，其蓋板可開(kāi)啟。

3.5 分塊式預(yù)制電纜井流程

分塊式預(yù)制電纜井工藝基本流程為：開(kāi)挖改造部分基礎(chǔ)—拆除預(yù)制件側(cè)擋板—吊裝分塊構(gòu)件—孔內(nèi)插筋灌漿—回填—交付，如圖2所示。

圖2 分塊式預(yù)制電纜井結(jié)構(gòu)改造流程

本工藝涉及直線井改三通井、三通井改四通井等多結(jié)構(gòu)切換，其基本操作如圖3～4所示。

圖3 直線井改三通井切換

圖4 三通井改四通井切換

工藝無(wú)需破壞預(yù)制件完整性，無(wú)需重新綁扎鋼筋和現(xiàn)場(chǎng)澆筑，只需在電纜井支線新增側(cè)進(jìn)行構(gòu)件的裝卸，同時(shí)在拼裝過(guò)程中做好接縫處理，即可快速實(shí)現(xiàn)電纜井的多結(jié)構(gòu)切換。設(shè)計(jì)方案中預(yù)留上下貫通的孔，通過(guò)插入鋼筋、灌注水泥漿來(lái)防止錯(cuò)位，提升抗震性能。

與整體式、分片式預(yù)制電纜井相比，分塊式預(yù)制電纜井所需運(yùn)輸?shù)踯?chē)起重量為35 t，運(yùn)輸費(fèi)用更低(見(jiàn)表2)。

表2 預(yù)制電纜井所需運(yùn)輸?shù)踯?chē)起重量及費(fèi)用

相較于傳統(tǒng)的破井綁扎鋼筋澆筑方式，本工藝在滿足施工質(zhì)量和作業(yè)安全的前提下，能夠?qū)⑹┕ぶ芷诳s短為2天，同時(shí)有助于降低造價(jià)、縮減工程量、提高安全性、減少環(huán)境破壞、提升運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性等。

4 創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)

與整體式、分片式預(yù)制電纜井相比，多結(jié)構(gòu)切換分塊式預(yù)制電纜井具備以下功能和優(yōu)勢(shì)。

4.1 便于結(jié)構(gòu)切換，縮短施工周期

傳統(tǒng)整體式、分片式電纜井結(jié)構(gòu)形式改造仍需進(jìn)行拆除現(xiàn)澆，養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)。而多結(jié)構(gòu)切換分塊式預(yù)制電纜井僅需對(duì)部分分塊構(gòu)件進(jìn)行更換，無(wú)需養(yǎng)護(hù)。結(jié)構(gòu)切換改造施工周期可從7～9天縮短為2天。

4.2 降低安全風(fēng)險(xiǎn)

(1) 電纜井改造現(xiàn)場(chǎng)吊裝所需的人員和工種更少，配合協(xié)調(diào)量更小，施工安全便于管控。

(2) 采用專(zhuān)業(yè)工廠量化生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)化制造，生產(chǎn)制造人員穩(wěn)定，職業(yè)健康、安全防護(hù)條件好。

(3) 不采用破拆設(shè)備對(duì)部分原井壁進(jìn)行拆除，減小了施工改造對(duì)原電纜的破壞概率。

4.3 保障施工工藝質(zhì)量

(1) 在設(shè)計(jì)方案中預(yù)留上下貫通的孔，通過(guò)插入鋼筋，灌注水泥漿，保證整體性，不易發(fā)生左右錯(cuò)位，大幅提升了抗震性能。

(2) 專(zhuān)業(yè)預(yù)制在工廠內(nèi)完成，其工藝水平高，后期養(yǎng)護(hù)及時(shí)，預(yù)制結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，質(zhì)量穩(wěn)定性更好。

4.4 減少結(jié)算糾紛

成品分塊構(gòu)件按規(guī)格明碼標(biāo)價(jià)，可減少結(jié)算方面的糾紛。

5 施工注意事項(xiàng)

5.1 施工技術(shù)要求

(1) 溝槽開(kāi)挖。基礎(chǔ)開(kāi)挖采用機(jī)械開(kāi)挖，人工輔助；為確保槽底土壤結(jié)構(gòu)不被撓動(dòng)，預(yù)留10 cm人工清底；開(kāi)挖深度及寬度根據(jù)預(yù)制混凝土構(gòu)件尺寸、覆土要求及墊層要求確定。開(kāi)挖基坑時(shí)，如遇到不良土壤應(yīng)適當(dāng)加大放坡，確保槽底作業(yè)面質(zhì)量。

(2) 鋪設(shè)墊層。墊層采用C15素混凝土，厚度為100 mm，每邊外擴(kuò)100 mm；在已澆筑的墊層混凝土強(qiáng)度達(dá)到12 MPa后，方可允許人員在其上面走動(dòng)及進(jìn)行其他工序。墊層的平整度直接影響排管和基礎(chǔ)的安裝質(zhì)量，墊層平整度必須控制在±10 mm以內(nèi)，如超出平整度范圍則需采用砂漿二次抹平。

(3) 構(gòu)件吊裝。吊裝前，在墊層上彈出預(yù)制構(gòu)件的外輪廓線；根據(jù)構(gòu)件類(lèi)型的不同，選用不同的吊裝吊具；汽車(chē)吊噸位根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的重量及作業(yè)半徑等相關(guān)要求進(jìn)行選擇，起吊前須做起吊試驗(yàn)，確保無(wú)問(wèn)題后方可起吊；預(yù)制構(gòu)件安裝就位前采用手拉葫蘆絲進(jìn)行定位控制。

(4) 構(gòu)件拼接?，F(xiàn)場(chǎng)涉及排管拼接、電纜井拼接、設(shè)備基礎(chǔ)拼接工作；所有連接處須進(jìn)行防水處理，可采用膨脹止水帶、橡膠密封墊、丙酮密封膠填縫達(dá)到止水密封效果，同時(shí)外側(cè)包裹防水卷材增強(qiáng)防水效果。

① 排管拼接。排管采用插銷(xiāo)式連接，上方采用M20對(duì)拉螺栓連接，下方采用M20螺栓連接。

② 電纜井拼接。直通電纜井拼接形式采用螺栓緊固，三通及四通電纜井采用預(yù)留孔注漿+螺栓進(jìn)行連接。

③ 設(shè)備基礎(chǔ)拼接。拼接形式采用預(yù)留孔注漿。預(yù)制構(gòu)件安裝到位后，埋設(shè)接地體，引下接地體的長(zhǎng)度滿足接地要求，同時(shí)對(duì)井洞口、設(shè)備基礎(chǔ)洞口空余部分進(jìn)行磚砌封堵，抹水泥砂漿，做防水處理。

5.2 現(xiàn)場(chǎng)人員及環(huán)境要求

(1) 進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)人員必須戴好安全帽，高處作業(yè)人員必須佩帶安全帶。

(2) 施工過(guò)程中，施工人員必須認(rèn)真做好每天施工完成后的落手清工作，做到工完、料凈、場(chǎng)地清。

(3) 采取有效措施控制施工現(xiàn)場(chǎng)的各種粉塵、廢氣、廢水、固體廢棄物以及噪聲、振動(dòng)對(duì)環(huán)境的污染和危害。

6 結(jié)束語(yǔ)

多結(jié)構(gòu)切換分塊式預(yù)制電纜井是在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)電纜井改造施工中現(xiàn)場(chǎng)制作的工作內(nèi)容在加工車(chē)間提前完成，能夠有效解決工藝不標(biāo)準(zhǔn)、施工周期長(zhǎng)、質(zhì)量管控難度大等問(wèn)題，對(duì)于提高配網(wǎng)工程建設(shè)效率、施工工藝質(zhì)量及安全優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平具有重要的意義。